Resultado das simulações do modelo CO-THL

O comportamento dinâmico do sistema é avaliado considerando uma onda monocromática de 1 m de altura de onda e 7 s de período. Na Figura 5.8 apresenta-se a pressão no motor e atuador variando com o tempo. A curva em picos (a) representa a pressão no atuador hidráulico, e a curva estabilizada (b), representa a saída de pressão no motor hidráulico.

Figura 5.8: Pressão no motor e atuador hidráulico do modelo CO-TLH. A condição de onda é representada como um binário (altura de onda; período) junto ao gráfico. Observou-se que, em aproximadamente 50 s, o regime permanente foi atingido no motor hidráulico, com uma pressão média de 190 bar, e variações de pressão em torno de 5 bar. Observa-se que, apesar da pressão de saída do atuador hidráulico ser variável, o sistema consegue estabilizar a pressão na entrada do motor devido à utilização do acumulador hidráulico.

Na condição avaliada a rotação do motor hidráulico estabilizou-se em 450 RPM (Figura 5.9).

Figura 5.9: Rotação no motor hidráulico do modelo CO-TLH.

O resultado apresentado está de acordo com Joseba (2012). É possível estabilizar a rotação no motor hidráulico devido ao uso de acumuladores hidráulicos.

O protótipo testado por Joseba (2012) utilizou um acumulador hidráulico de 50 l, e um motor de 5 cm³/rot, testado com uma onda monocromática de 0,2 Hz e amplitude de 37 mm. A pressão estabilizou- se em 65 bar, e a rotação em 1550 RPM.

Observou-se que, para cada condição de entrada a rotação no motor hidráulico é diferente, maiores rotações são obtidas com ondas de maior altura (Figura 5.10). A curva inferior (1 m; 7 s) representa a altura de onda de 1 m, a curva da posição média representa uma onda de 2 m de altura e a curva superior representa a onda com 3m de altura, foi mantido constante o período de 7 s.

Para onda de 1 metro a rotação estabilizou-se em aproximadamente 450 RPM, para onda de 2 m a rotação estabilizou em cerca de 650 RPM e para onda de 3 m a rotação atingiu o regime permanente em aproximadamente 800 RPM. Observa-se também que à medida que a altura da onda cresce a rotação apresenta maior variação. Esse resultado é esperado, pois ondas de amplitude maior fornecem uma maior força hidrodinâmica e, consequentemente, maior quantidade de pressão para linha hidráulica.

A pressão no sistema aumenta com a altura da onda oceânica (Figura 5.11). Observa-se que à medida que a altura de onda aumenta, maiores pressões são atingidas no motor hidráulico, e as flutuações de pressão no motor hidráulico também aumentam com a altura de onda.

Figura 5.11: Aumento da pressão com a altura da onda oceânica. De acordo com a equação 2.1, a potência máxima que pode ser extraída de uma onda oceânica monocromática de 1 metro de altura com 7 s de período é 6,85 kW/m, considerando que o flutuador ocupa 4 m de extensão da frente de onda, a potência máxima extraída é de 27,51 kW. Observa-se que a potência gerada pelo conversor em regime permanente foi 20 kW (Figura 5.12), fornecendo um rendimento de 72,7 % para essa condição de onda.

Figura 5.12: Potência gerada pelo modelo CO-TLH.

No protótipo mecânico testado Chandrasekaran e Raghavi (2015), a potência extraída não atingiu regime estável (Figura 3.9) para nenhuma condição testada. Sendo assim não apresentou condições adequadas para geração de energia a partir de ondas oceânicas. De acordo com Gaspar (2016), a tecnologia de transmissão de potência via sistema hidráulico é mais promissora para transmissão de potência em conversores do tipo corpo oscilante.

Na simulação dinâmica do conversor hiperbárico da COPPE/UFRJ realizada por Rosa (2010), atingiu-se regime permanente na geração de potência, com pequenas flutuações em torno de 0,0007 %.

Para análise da potência gerada o período de onda é variado intervalo de 6-12 s e a altura onda no intervalo de 1-3 m. A Figura 5.13 mostra a curva da potência gerada para o modelo do CO-THL quando são variados a altura (m) e período (s) de onda oceânica.

Observa-se que o aumento da altura de onda e período leva a um acréscimo na potência gerada pelo conversor CO-THL. A potência gerada aumenta consideravelmente com o aumento da altura. Esse fato é explicado devido à potência disponível da onda variar com o quadrado da altura e variar linearmente com o período (Equação 2.1).

O conversor simulado por Ahn (2012) foi submetido a uma onda monocromática de 4,5s de período e 0,75 m de altura, e o rendimento obtido pelo modelo nessa condição foi de 65%. Sob as mesmas condições o modelo CO-THL apresentou um rendimento de 75%. No estudo de Ahn (2012), não foi levada em conta a variação do rendimento com as condições de onda e não foi avaliada a potência gerada pelo sistema para diferentes condições de onda.

Na simulação dinâmica do conversor hiperbárico de Pecém realizado por Rosa (2010), considerou-se onda monocromática com 5 s de período e 1,4 m de altura, fornecendo um rendimento de 61,6%. Sob as mesmas condições o modelo CO-THL apresentou um rendimento de 54%. Na simulação do conversor hiperbárico foi desconsiderada a variação do rendimento do sistema com a altura e período da onda, e a estimativa da eficiência do sistema é baseada em apenas uma condição oceânica. Não foi realizada uma análise de sensibilidade do modelo.

A Figura 5.14 apresenta a variação do rendimento do modelo CO- THL variando com a altura de onda (m) e período (s).

Observa-se que à medida que a altura de ondas aumenta o rendimento diminui. Esse fato é explicado devido ao desvio da vazão na válvula limitadora de pressão quando a pressão atinge a máxima admissível.

À medida que a amplitude de onda aumenta, o atuador hidráulico é solicitado por uma maior força, ocasionando um aumento de pressão na linha hidráulica. Como a válvula limitadora de pressão é configurada para abrir a uma pressão de 450 bar, de modo a proteger o componente mais sensível do sistema hidráulico, em condições de pressão acima do limite da válvula, a vazão é parcialmente desviada para o tanque. Sendo assim o sistema não aproveita toda energia disponível da onda oceânica, apresentando um menor rendimento. O rendimento médio obtido para o modelo CO-THL foi de 43%.

Uma forma reduzir a pressão no sistema seria aumentar o diâmetro do cilindro do atuador e o tamanho do motor hidráulico. Nesse caso, o sistema operaria com menores pressões e aproveitaria maior quantidade de energia das ondas de grande altura (acima de 2,5 m).

No entanto, em condições de altura de onda pequena e média (1-2 m de onda), o sistema hidráulico não conseguiria estabilizar a pressão no motor hidráulico, apresentando rendimento insatisfatório. O modelo CO- THL foi dimensionado para operar de acordo com a condição média

offshore de Florianópolis (Tabela 4.1), ponto P4, com 1,94 m de altura de

onda e 9,4 s de período. Sendo assim, o sistema apresenta melhores rendimentos para condições próximas ao ponto utilizado para o dimensionamento do sistema (0,55-0,80 de rendimento).

Ao dimensionar um sistema para geração de energia, deve-se observar a condição predominante do mar onde se deseja utilizar o sistema. Para isso deve-se ter disponível a caracterização das condições oceânicas locais.

A Figura 5.15 ilustra o efeito da variação dos parâmetros do sistema hidráulico pressão de trabalho do motor. O deslocamento volumétrico do motor hidráulico foi alterado de 160,4 cm³/rot para 400

cm³/rot, e o diâmetro do cilindro do atuador hidráulico passou de 280 mm para 400 mm, mantendo a condição oceânica de (1 m; 7 s).

Figura 5.15: Variação de pressão no motor com a variação do diâmetro do pistão e volume deslocado pelo motor.

A curva superior representa o sistema com os parâmetros originais, enquanto a vermelha representa os parâmetros modificados. Observa-se que o aumento dos parâmetros do sistema hidráulico acarretou em uma redução da pressão no motor hidráulico, embora o regime permanente não foi atingido. Sendo assim o sistema não apresentou condições adequadas para geração de energia. Esse resultado não foi discutido em outros estudos.

Observou-se que, mesmo com o aumento do volume do acumulador, o sistema não foi capaz de atingir o regime permanente.

5.3 Resultados das simulações dinâmicas do modelo CO-TH